氨制冷系统中压力容器检验问题的探讨

许光辉 王 帅 吕典飞

（山东省特种设备检验研究院枣庄分院 山东 枣庄 ２７７０００）

摘 要：近年来，化工、食品、制药、冷库等行业将氨制冷设备广泛应用到行业中。由于氨制冷设备压力容器或出现腐蚀或裂纹，导致压力容器出现裂纹，因此容易发生氨的泄漏事故，为了避免此种事故的发生必须定期检查氨制冷系统、管道以及压力容器。基于此，文章主要对氨制冷系统中压力容器检验问题进行了探讨。

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关键词 ：氨制冷系统；压力容器检验；问题

中图分类号：TH49 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．15．０48

收稿日期：２０１5－05－16

通常情况下，氨制冷系统压力容器是一种单系统运行的容器，所以对其进行定期检查时，不能使全线停机的时间过长。尽管可以长时间的停机，置换清洗设备也是一项非常困难的工作，特别是完全排尽装在氨器等储存设备中的液氨的工作，基本上是完成不了的。比如一些设备是有保温作用的，将其保温层拆除也会使停机时间被延长，会导致一定的经济损失。所以检验氨制冷系统压力容器时，比较常规的检验项目与方法会受到很大的限制，不仅不容易掌握设备的内在状况，还不能准确判断其安全性。文中深入分析了氨制冷系统压力容器的工艺系统及其工作过程，并根据相关的检验规程，将氨制冷系统压力容器需要检查的重点内容和处理办法进行全面总结。

１ 化学腐蚀产生的原因

现阶段，以氨为制冷剂，水为吸收剂的氨水溶液是氨制冷系统经常使用的工质。一般情况下，钢材基本不会被其腐蚀。所以与制冷剂一侧接触的容器和管壁表面通常不会出现被腐蚀现象。由于长时间的使用，使主要容器的外表面的金属材料发生电化学反应，从而导致其出现被腐蚀的情况。当大气中的相对湿度小于７０％时，通常氨制冷压力容器就会出现化学腐蚀的现象。利用金属氧化的热力学原理分析此情况，在常态大气条件下，制作氨制冷压力容器采用的金属材料具有较强的氧化倾向，但容器出现腐蚀的情况与此氧化过程的关系是非常小的，周边环境才是关键因素。在大气中，电化学腐蚀经常出现在氨制冷压力容器上，由于在设备的表面有水膜的形成，腐蚀电磁场就此产生，再加上当相对湿度约等于１００％时，天气会出现露或雨，金属表面由露或雨形成水膜；当相对湿度不超过１００％时，露水天气不能形成，水膜的形成主要是由于出现毛细的凝聚或者化学凝聚等。

潮湿或有水的环境是引发电化学腐蚀另一个重要原因，因为设备的各部位存在温差，制作设备的金属材料含有的化学成分存在差异，在制造过程中容器各部位的应力分布不均匀，再加上设备表面保护膜的完整性遭到损坏，因此腐蚀电磁场就产生了。一旦制冷压力容器或压力管道表面有水膜的形成，一些ＣＯ２、ＳＯ２等就会被溶解，电解质溶液也因此形成。由于液膜的表面积比较大且溶解条件较好，不仅会导致氧饱和，还会使氧气容易到达金属表面，各种腐蚀电磁场因此形成，出现电化学腐蚀的情况。

２ 氨对钢制压力容器的应力腐蚀影响

罐壁材料会因为Ｏ２、ＣＯ２、Ｎ２的存在被液氨腐蚀的速度加快。氨、Ｏ２和Ｎ２与碳钢或低合金钢可以在气相或液相中形成应力腐蚀环境，ＳＣＣ（应力腐蚀）就此形成。腐蚀的原理过程如下：液氨中有含Ｏ２，Ｏ２吸附在钢表面，氧化膜形成。在拉力的作用下材料产生应变，破坏了氧化膜，滑移阶被暴露出来，其与金属表面（有氧化膜）组成了微电池，并且溶解的速度非常快。当其他杂质都不存在时，Ｏ２附着在裸露金属表面，氧化膜又一次形成，应力腐蚀受到限制。但当Ｎ２存在在液氨中时，在滑移阶上，Ｎ２与Ｏ２会出现竞争吸附在金属表面的情况，钢的应力腐蚀断裂敏感性被大大增强。为了保证应力腐蚀的产生，上述任何一种条件都不能缺少。但ＣＯ２的作用是可以使全面腐蚀情况出现：

Ｏ２＋２ＮＨ４＋＋２Ｆｅ→２Ｆｅ２＋＋ＯＨ－＋２ＮＨ３

如果ＣＯ２同时存在，则碳酸铵就会生成：

２ＮＨ３＋ＣＯ２→ＮＨ４ＣＯ２ＮＨ２，

ＮＨ４ＣＯ２Ｎ Ｈ２→ＮＨ４＋＋Ｎ Ｈ２ＣＯ２

化学反应过程中，有ＮＨ４ＣＯ２Ｎ Ｈ２的产生，该物质使碳钢被严重腐蚀，钢材表面的钝化膜收到该物质的腐蚀，在滑移台阶出现破裂，最终破裂的地方会形成阳极型的腐蚀裂纹。

３ 氨液成分分析

通常无水液氨对钢的腐蚀只是轻微的，但是液氨被压缩机压缩后，冷凝后有少量的冷冻油存在在液氨中，容器和管道的内壁都会残留该冷冻油，虽然油膜会在一定程度上保护材料，但会对储存液氨的容器产生不良的影响。容器和管路在充装排料及检验过程被空气污染，在液氨中，碳钢及低合金钢都具有应力腐蚀敏感性。抗应力腐蚀性能收到多种因素的影响，包括温度、液氨的纯度以及钢的化学成分、力学性能等。钢制压力容器的工作温度在很大程度上影响了液氨对其的应力腐蚀，－５～３０ ℃是应力腐蚀破裂的敏感温度，液氨中的微量氧会使其出现破裂的情况，为了避免应力腐蚀，可以放入少量的水或机油。通常钢含碳量、钢的强度、硬度与钢的破裂敏感性之间成正相关。所以为了减少应力腐蚀，使用单位必须严格控制氨液中氧、水分以及油的含量。

４ 氨制冷系统中压力容器的检验

４．１ 用肉眼进行检查

利用肉眼检查的方法可以迅速地将大面积范围录入眼中，很容易获得直观印象，并且对颜色和状态的细微变化都会有所察觉，这种方法的优越性其他方法都取代不了。通常利用肉眼进行检查，最先看到的都是结构，然后再看表面，检查的顺序遵循从整体到局部、从宏观到微观。同时也可以利用一些器具帮助检查。如果对肉眼检查的结果表示怀疑，可以用５～１０倍的放大镜对怀疑的部位仔细观察。同时可以借助手电筒平行照射看清楚器壁表面的变形及腐蚀情况，但要保持手电筒贴着容器表面，如此很容易清楚地看到容器表面的微浅坑槽、鼓包以及变形的凹凸不平现象。

４．２ 检测工具：酚酞试纸

为了检测压力容器在工作时焊缝、接管等各连接处会不会有渗漏的情况，可以选择酚酞试纸进行检测。特别要重点检查应力集中处，即接管、入孔及几何形状不连续处，除此之外，还要重点检查有可能导致应力腐蚀的地方。

４．３ 认真检车冷凝器

因为冷却水使冷凝器管板外部、立管内壁的介质，所以需要检查的地方不仅包括常规的结构、焊缝外观、测厚等，还包括管板、管端焊缝和壳体外壁，重点检查其被腐蚀的情况。但氨是壳体内壁的介质，被腐蚀的情况还比较乐观。尽管管子内部的管壁会出现被严重腐蚀的情况，也不会造成安全隐患。

４．４ 抽查检测外表面的腐蚀情况

重点检查的地方包括应力集中部位与变形部位、焊接接头与补焊区、工卡具焊迹、电弧损伤处以及容易出现裂纹的地方。要检查每条焊缝，将磁粉检测方法应用到局部检测工作中。利用射线检测抽查的方法进行检查，抽查的对象包括：成型较差的焊缝表面、有缺陷的地方如气孔、咬边或错边等地方、不是专业单位生产的容器等。将贮氨器中的液氨全部排尽是不切实际的，利用Ｘ射线拍片是一项难度较高的工作。但是如果是单个罐体，利用双壁透照方法进行液体的轮换排是可行的，用此方法可以将液体排放至最低液位，对纵向焊缝进行拍摄时，需要把贴片粘置在距离液面超过２０ cm的位置。

５ 结语

总而言之，随着制冷系统设备被广泛应用到化工、食品、制药、冷库等行业中，此系统得到了广泛的关注。现阶段，制冷系统的重要组成部分之一压缩式制冷装置被应用到制冷、制冰、冷藏的中小型的制冷系统中，定期检查制冷系统的压力容器安全性的工作越来越受重视。因此，在实际工作中，一定要充分进行氨液成分分析，明确氨对钢制压力容器的应力腐蚀影响，从而采取有效的氨制冷系统中压力容器的检验方法，确保制冷系统的正常运行。

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参考文献

１ 周伟，高雪．浅析冷库液氨制冷系统压力容器检验［Ｊ］．科技创新导报，２０１３（１９）

２ 孙丽丽，张向民．氨制冷系统中压力容器检验［Ｊ］．科技风，２０１４（２）

（责任编辑 吴 汉）